鋁合金門窗系統(tǒng)型材結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化分析

張帥

青島中宇置業(yè)有限公司 山東 青島 266100

引言

通過調(diào)查可知，國內(nèi)建筑門窗材質(zhì)以鋁合金為主，相較于塑鋼及傳統(tǒng)木窗，鋁合金門窗的特點十分突出，例如，有良好的裝飾性、耐久性及防火性，在保證強度的前提下，最大程度減輕了自身重量。現(xiàn)階段，社會各界對門窗系統(tǒng)所提出要求均較之前有所提高，要想使門窗發(fā)揮出應(yīng)有作用，關(guān)鍵是對其進行優(yōu)化，這也是本文所研究的主要內(nèi)容。

1 門窗型材設(shè)計原則

1.1 科學(xué)選擇槽口

槽口指的是毛條、配件及膠條槽口。目前，市場上常見平開配件的槽口形式，多為U槽或C槽，推拉五金適配滑輪的形式相對多元，可供選擇的余地較大。此外，若以搭接量、密封位置為依據(jù)，毛條及膠條同樣可被劃分成多個型號。由此可見，在設(shè)計工作正式開始前，設(shè)計人員先要了解配件特點、性能還有市場價格，再根據(jù)實際需求做出選擇[1]。若用戶所提出要求較為特殊，可選擇對配件進行定制，但開發(fā)成本和時間長度均會有所增加。

1.2 安裝簡單可靠

在智能生產(chǎn)飛速發(fā)展且人工成本不斷提升的當(dāng)下，針對門窗型材所展開結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，其重心不再局限于降低成本，而是逐漸向如何減少工作量、如何使安裝精度得到提升等領(lǐng)域延伸。

1.3 考慮用戶需求

受審美、環(huán)境氣候等因素影響，用戶對門窗所提出要求往往存在明顯的個性化特征，由此可見，在開展門窗設(shè)計相關(guān)工作時，設(shè)計人員應(yīng)對門窗經(jīng)濟性、可靠性引起重視，根據(jù)實際情況確定適宜方案，確保用戶需求可得到最大限度滿足。

1.4 重視門窗性能

1.4.1 隔聲性。該性能強調(diào)利用門窗屏蔽外界聲能，被用來對門窗隔聲性加以表示的參數(shù)，通常是材料透過聲音和入射聲音的差值，單位是分貝。一般來說，差值越大的材料，其隔聲性越理想?？紤]到鋁合金所表現(xiàn)出隔聲性往往差強人意，在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，設(shè)計人員可酌情對其結(jié)構(gòu)做出調(diào)整。

1.4.2 隔熱性。該性能主要是指材料導(dǎo)熱性。在強調(diào)持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，節(jié)能成為各行各業(yè)的主要前進方向，對門窗進行設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)確保門窗有理想傳熱系數(shù)，避免出現(xiàn)能源被不必要浪費的情況。

1.4.3 抗風(fēng)壓。對該性能進行考核的方法，通常是向門窗施加外力作用，待受力型材出現(xiàn)變形情況后，根據(jù)實時風(fēng)壓值對門窗剛度以及強度是否滿足要求加以判斷。

1.4.4 氣密性。在單位面積內(nèi)，門窗所滲透空氣量，便是其氣密性。該性能主要被用來判斷門窗對空氣滲透所具有阻止能力。

2 門窗型材結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在優(yōu)化門窗結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員應(yīng)以上述原則為指導(dǎo)，結(jié)合自身長期實踐所積累經(jīng)驗，確保優(yōu)化效果符合預(yù)期?，F(xiàn)階段，實證有效的優(yōu)化方案如下：

2.1 隔聲

門窗材質(zhì)以玻璃為主，這也決定其隔聲效果主要取決于玻璃性質(zhì)。如果條件允許，設(shè)計人員可選擇對三層中空玻璃進行大面積應(yīng)用，另外，還可以選擇用雙層玻璃對單層玻璃進行替代。對占比較小的鋁合金結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，同樣可使噪聲得到降低，具體方法與下文所介紹氣密性大致相同。

2.2 隔熱

門窗隔熱性往往取決于玻璃隔熱性，即便如此，設(shè)計人員仍需對鋁合金進行優(yōu)化。現(xiàn)階段，鋁合金適用隔熱形式較多，既有經(jīng)濟性良好、可大范圍推廣應(yīng)用的注膠與穿條，還有效果理想但造價偏高的木鋁復(fù)合及鋁木復(fù)合。上述形式的隔熱原理都是利用低導(dǎo)熱性材料，將室內(nèi)外既有鋁合金隔離。事實證明，越長的隔熱條、越大的注膠面積，越能取得理想的隔熱效果，若用戶有進一步強化門窗隔熱性的要求，設(shè)計人員可根據(jù)實際情況，選擇增設(shè)擋片或泡沫條的形式，使熱傳遞得到有力控制[2]。

2.3 抗風(fēng)壓

平開門窗可通過增加主受力型材直徑及厚度的方式，達到提升強度的效果，但增加程度和強度提升程度的相關(guān)性較差。在條件允許的情況下，設(shè)計人員可優(yōu)先選擇對受力方向尺寸進行增加。推拉門窗普遍擁有較平開門窗更大的截面積，這也是其具有良好抗風(fēng)壓性的主要原因。分析結(jié)果表明，推拉門窗多以扇料為主要受力桿，對窗扇橫料風(fēng)載加以承受的主體是滑輪，較易使抗風(fēng)壓性受到影響，基于此，設(shè)計人員可選擇對扇料腔體進行加強，通過強化扇料的方式，使門窗抗風(fēng)壓效果達到預(yù)期。

2.4 氣密性

對門窗型材進行多道密封設(shè)計，可使其氣密性 得到顯著增加。一般來說，密封膠條應(yīng)優(yōu)先選擇三元乙丙等彈性、耐久性理想的材料，另外，設(shè)計人員還要對整窗搭接量做出規(guī)定，搭接過多將帶來干涉問題，搭接過少則無法起到密封作用。該數(shù)值往往由窗型、配件選用情況所決定。實驗證明，僅考慮氣密性，推拉門窗＜平開門窗。若項目計劃使用推拉門窗，設(shè)計人員可選擇融入平開門窗所用結(jié)構(gòu)，用膠條槽口替代毛條槽口，預(yù)留相應(yīng)空間，用來對兩點鎖進行安裝，確保門窗貼合效果可達到預(yù)期。

3 門窗滲水風(fēng)險規(guī)避策略

3.1 影響因素

3.1.1 結(jié)構(gòu)方面。隨著社會的發(fā)展，人們對居住空間的要求較之前有所提高，早期用來進行采光及通風(fēng)的門窗，逐漸成為審美標志，在此背景下，大面積飄窗和落地窗成為主流，以上窗體結(jié)構(gòu)往往無法做到完全匹配當(dāng)?shù)丨h(huán)境和氣候特點，門窗使用效果也將受到影響。

3.1.2 材料方面。材料質(zhì)量會給施工效果產(chǎn)生重大影響，對鋁合金門窗進行安裝時，材料選擇不科學(xué)的問題仍未徹底得到解決。在選擇材料時，如果有關(guān)人員沒有做到以規(guī)范標準為依據(jù)，極易出現(xiàn)門窗結(jié)構(gòu)和選擇門窗規(guī)格不符的情況，若門窗四周有縫隙存在，滲水的情況將難以避免。此外，厚度不足、斷面尺寸及擋水能力不符合要求，同樣會帶來滲水問題，甚至?xí)黾娱T窗形變概率。

3.1.3 安裝工序方面。導(dǎo)致門窗安裝工序不合理的原因，主要是施工人員水平參差不齊和監(jiān)管力度較弱?，F(xiàn)階段，一部分建設(shè)單位仍未意識到門窗施工的重要性，將相關(guān)工作交由經(jīng)驗有限的人員負責(zé)，即便前期準備階段已對安裝門窗的方法加以明確，由于施工人員不具備精確把控細節(jié)的能力，安裝效果仍無法達到預(yù)期，滲水問題隨之出現(xiàn)。

3.2 優(yōu)化方案

內(nèi)平開門窗需要配有相應(yīng)等壓腔，將滴水線增設(shè)在平開扇料處，確保雨水可被及時排出。另外，設(shè)計人員還可以選擇將擋水板安裝在既有開啟扇的上方，其作用是阻止大量雨水流入。對門窗進行制作時，相關(guān)人員就應(yīng)對排水孔進行預(yù)留，與此同時，在適宜區(qū)域?qū)ε潘里L(fēng)塊進行安裝，見圖1[3]。

圖1 內(nèi)平開門窗設(shè)計示意圖

推拉門窗優(yōu)化側(cè)重點是下滑截面結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員可選擇在室內(nèi)對擋邊進行設(shè)置，確保下滑截面有良好水密性。這里要明確一個概念，在無雨水滲漏或類似情況發(fā)生的前提下，門窗所能承受風(fēng)壓力最大差值，即為其水密性能。

當(dāng)然，可使門窗水密性得到提升的方法較多，除了上文所介紹方法，還包括：其一，將軌道設(shè)計成階梯型；其二，在適宜區(qū)域?qū)ο禄潘走M行設(shè)置，確保排水系統(tǒng)可最大程度發(fā)揮自身作用；其三，密封配件給門窗水密性所帶來影響，同樣不容小覷，平開門窗所用密封配件多為膠條，推拉門窗則以毛條為主，僅考慮密封性，前者所取得效果較后者更為理想。若用戶計劃安裝推拉門窗且對密封性要求較高，設(shè)計人員可視情況采取適宜方案，對門窗進行優(yōu)化。

3.3 材料選擇

出于使材料選擇更具有效性以及針對性的考慮，在未做出最終選擇前，設(shè)計人員先要分析建筑結(jié)構(gòu)和門窗尺寸，對現(xiàn)場勘測所掌握數(shù)據(jù)進行記錄，在確定門窗厚度、形狀還有受力節(jié)點的基礎(chǔ)上，對適用材料加以確定。在選擇鋁合金材料時，有三方面內(nèi)容需要引起重視，一是材料是否滿足建筑要求，二是材料是否滿足施工標準，三是設(shè)計方案是否可靠且合理。只有滿足以上三點，才能有效解決玻璃、主受力桿布局失衡造成的形變、滲水問題。此外，設(shè)計人員還要對美觀性加以考慮，通過統(tǒng)一規(guī)劃、安裝并養(yǎng)護的方式，將外界因素給門窗性能、外觀所帶來影響降至最低。

3.4 部件安裝

3.4.1 安裝配件。對鋁合金門窗進行安裝，通常要用到大量五金配件，其作用是保證門窗穩(wěn)定，為其功能的充分發(fā)揮助力。對相關(guān)工作加以落實時，有兩方面內(nèi)容需要引起重視，一是配件與既有門窗結(jié)構(gòu)及方向相符，二是對門窗還有配件進行同步輸送，在保證零件配套的基礎(chǔ)上，為現(xiàn)場施工的有序推進提供便利。除此之外，由于配件安裝出現(xiàn)偏差會給門窗整體性能帶來巨大影響，因此，在對其進行安裝時，施工人員應(yīng)確保配件可靠且密實，并始終堅持將實用性作為指導(dǎo)原則，為用戶日后使用及操作提供便利[4]。

3.4.2 安裝門扇窗。對門扇窗進行安裝的關(guān)鍵是以窗體結(jié)構(gòu)為依據(jù)，確定切實可行的安裝方案。一般來說，平開門窗需要在門窗適宜位置對鉸鏈進行固定，這樣設(shè)計的目的是確保外框及門扇窗所處區(qū)域相同，其密實性自然可得到有力保證，此外，用戶日常操作的難度也會有所降低。推拉門窗普遍將滑槽安裝在門窗上方，要求滑輪始終在下滑槽軌道內(nèi)。待安裝施工告一段落，由專業(yè)人員負責(zé)對門窗結(jié)構(gòu)進行反復(fù)檢測，確保門窗有理想密實性、牢固程度以及開合靈活度。如果檢測環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量問題存在，施工人員需第一時間對問題成因進行分析并進行處理，避免日后帶來不必要的問題。

4 結(jié)束語

通過上文的分析可知，在用戶對居住環(huán)境所提出要求愈發(fā)嚴格的當(dāng)下，性能良好的鋁合金門窗，必將得到大范圍推廣和應(yīng)用。從事門窗型材設(shè)計相關(guān)工作的人員，只有做到全面考慮門窗系統(tǒng)涉及因素，例如，門窗適用密封件及五金件、加工并安裝成品窗的技巧，才能使型材結(jié)構(gòu)得到顯著優(yōu)化，門窗品質(zhì)自然能夠達到用戶要求。